血壓監護儀
血壓監護儀
血壓是生命的指征，血壓測量裝置是臨床上用得最多的醫療儀器。由於現代電子學的進步，血壓測量裝置從最簡單的血壓計、血壓表發展到今天的各種各樣血壓監護儀，除了測量血壓外，尚可監護其他各種生理多數。數字化血壓監護讓內科醫生診斷出高血壓並幫助他們的病人使高血壓得到控制。攜帶型血壓監護儀能讓病人在家裡無需醫生就可以經濟地測量血壓，從而有助於早期診斷和高血壓控制。家庭監護也可以幫助內科醫生區分白大褂高血壓（診斷室內血壓始終增高而診斷室外血壓正常）和真正的高血壓。
血壓監護儀是當血液被泵離心臟時用來測量動脈壓力的設備。典型的，從一個使用者的角度來說，這個監護儀包括一個可充氣的袖套用來限制血流和一個壓力計來測量血壓。從一個系統設計者的角度來說，一個血壓監護儀要複雜得多。它的組成部分包括：電源，電機，貯存器，壓力感測器和用戶介面（包括顯示屏，小鍵盤或觸摸板，發聲裝置，以及可選的USB或ZigBee®通訊介面）。
血壓 在血管收縮和舒張的過程中不停變化。血管收縮壓是動脈中的峰值壓力，它在心律周期接近開始時候發生，此時心室在收縮。血管舒張壓是動脈中的最小壓力，它在心律周期接近結束時發生，此時心室充滿了血液。一個健康的，平靜的成年人的典型血壓測量值是：收縮壓115毫米汞柱(mmHg)(15千帕斯卡[kPa])和舒張壓75毫米汞柱(mmHg)(10千帕斯卡[kPa])。SBP和DBP動脈血壓不是固定不變的的，一天中的一次心跳和另一次心跳之間的血壓值也在不斷變化。同時血壓也會因為壓力，營養，藥物，疾病和鍛煉的影響而改變。
血壓監護儀
當包裹著患者手臂周圍的袖套被慢慢放走時，袖套中壓力的小變化可以被察覺。這些壓力的波動由患者的心律周期產生，接著它通過一個1Hz的高通濾波后被放大和偏移，產生血壓曲線。這個新信號就是心跳信號。使用前面所述心跳檢測方法，可以通過簡單的示波計法來測量血管收縮壓(SBP)和血管舒張壓(DBP)，這種方法被大多數自動非介入式血壓監護設備所採用。當袖套被充氣至收縮壓以上，然後緩慢放氣時，袖套中壓力變化的幅度被測量。當壓力低於血管的收縮壓時，這一幅度會突然增加。當袖套中壓力進一步下降時，該脈衝幅度達到最大值並快速減小。舒張壓是在這一快速變化的開始時被獲得的。因此SBP和DBP是通過定義脈衝幅度的快速上升區域(SBP)和下降區域(DBP)來獲得的。平均動脈血壓(MAP)就在最大幅度處。測量SBP和DBP能幫助診斷通常的高血壓，但是僅僅靠臨床監護不能區分兩種通常類型的高血壓。
微控制器(MCUs)和壓力感測器是血壓計的核心技術。在這一應用中最重要的MCU模塊是ADC。控制器片上的ADC模塊是逐次逼近式ADC。包含用於獲取輸入電壓的採樣鎖存電路、一個比較器、一個逐次逼近式寄存器子電路和一個內部參照電壓電容式數模轉換器（DAC）。DAC提供了比較器一個模擬電壓，它等值於從漸近式寄存器(SAR)輸出的數字編碼，這個模擬電壓是為了和VIN相比較。類似於血壓監護儀這樣的應用需要測量很小的信號。因此ADC解析度通常是一個關鍵參數（如，10-比特，12-比特 或16-比特解析度），這也是為應用設計選擇MCU的重要因素。同樣重要的還有ADC的精度。記住所有的ADC有其固有的不準確性，因為他們通過離散的步驟（這一過程被稱為量化）來數字化信號。因此，數字輸出不能完美的反映模擬輸入信號。例如，一個1 2 -比特的轉換器將為一個最大5V的輸入電壓提供一個1.22mV最低有效位(LSB)。因此，ADC僅能將數值數字化到1.22mV的倍數：1.22mV,2.44mV,3.66mV等。在這個例子中，它表明一個最佳測量永遠不能比±0.5個最低有效位LSB(±610μV)更為精確。
不幸的是，一些其他嵌入式ADC特性引入了誤差並降低了其精度，這些特性包括：偏移，增益，溫度漂移和非線性性。一些ADC例如在飛思卡爾新的Flexis™產品上使用的16-比特ADC具有通過校準減低偏移和增益誤差的能力。ADC通道上的片上溫度感測器，許多ADC具有測量晶元溫度的能力，這使溫度補償得以具體化。
一個ADC有效比特位(ENOB)是分辯率和精度的真實指標。這個數值表明了在一個特定系統中有多少比特提供了準確信息。它可以通過下面的公式計算：
ENOB = (SNR - 1.76 dB)/6.02 dB
這裡，信噪比(SNR)是在有意義信息（信號）和背景噪音（噪音或誤差）之間的比率。信噪比值不僅受到ADC設計和晶元集成的影響，也受到印刷電路板(PCB)設計、布線和所選附加離散元器件的影響。一個大的信噪比值意味著更多的信號是數據並且誤差很小，這能改進當測量微伏級變化的信號時測量結果的精度。小的信噪比意味著信號淹沒在系統雜訊中，精度受到了影響。
解析度的一位上下變動，通過這種方法可避免再去四捨五入。轉換的最低有效位的狀態隨機在0~1之間抖動，而不是固定在一個數值上。通過引入微小雜訊，可擴展ADC能夠轉換信號的有效範圍，而不是簡單去除在這個低水平上的所有信號。同樣，這在整個範圍內都引入了量化誤差。抖動僅僅增加了解析度，改善了線性度，但是並沒有提高精度。然而，通過在信號里增加1~2位最低有效位的雜訊並且採用過採樣的技術可以提高精度。
過採樣是通過一個比Nyquist 採樣頻率顯著提高的採樣率來採集信號的過程。實際上，過採樣被用來獲取高分辨的ADC轉換器。例如，使用運行於256倍目標採樣率的12位轉換器就可進行16位轉換。對每一個附加解析度位，信號必須過採樣4倍。因為現實世界的ADC不能進行不間斷的轉換，輸入值應當在轉換器進行轉換期間保持一定。
採樣和保持電路通過這種方法來完成這樣一個任務：用一個電容貯存輸入端的模擬電壓，並用一個電子開關來使電容從輸入端斷開。使用設置好最適合輸入信號的採樣和保持時間的ADC，對改進轉換結果的精度很有幫助。
將雜訊耦合和過採樣結合在一起能進一步改善精度。這一技術通常被認為是過採樣和抽取濾波。頂部的曲線圖表示了ADC轉換器隨時間產生的結果，並且顯示了如果不採用附加雜訊，單獨使用過採樣會是怎樣的結果。通過增加1~2個LSB雜訊，如在底部垂直線表示的那樣，同時進行的採樣不會有同樣的結果。這個方法增加了信噪比並且提高了有效比特位。通過在輸入信號處增加1~2個LSB雜訊和過採樣，結果被平均以後可以提供一個更精確的值。從ADC測量中獲得的平均數據，它使輸入信號中的毛刺變平，從而具有減小信號波動和雜訊的優點。